Kaip metalinių 3D spausdinimo formų kaina skiriasi nuo tradicinės gamybos?

1. Medžiagų kaina: pakeisti iš „Medžiagų atliekų mažinimo“ į „Priedų ciklą“
Gaminant formas senamadiškais-būdais, naudojami atimties metodai, o tai reiškia, kad pjovimo, elektros iškrovos apdirbimo ir kitų veiksmų metu prarandama daug medžiagos. Pavyzdžiui, įpurškimo forma gali sunaudoti mažiau nei 60 kilogramų medžiagos, kad forma būtų pagaminta po kelių etapų. Kiti 40% atliekų gali būti perdirbamos, tačiau jas rūšiuoti, išlydyti ir perdirbti kainuos daugiau. Be to, tradiciniam meistravimui reikalingos labai grynos medžiagos, o aukščiausios klasės -formavimo plienas yra brangus, todėl medžiagos dar brangesnės.

Metalo 3D spausdinimas yra priedų gamybos procesas, kurio metu formuojamos liejant ir sluoksniuojant metalo daleles vieną ant kitos, nepaliekant beveik jokių atliekų. Galite sijoti ir perdirbti miltelius, kurių nenaudojate, ir sunaudojama daugiau nei 90 % medžiagos. Pavyzdžiui, naudojant titano lydinio formas, naudojant tradicinius metodus, medžiagų kaina yra maždaug 35 %, tačiau naudojant 3D spausdinimą galima sumažinti mažiau nei 20 %. 3D spausdinimas yra dar geresnis, nes vienu metu galima spausdinti naudojant daugiau nei vieną medžiagą. Pavyzdžiui, ant formos paviršiaus galite uždėti didelio šilumos laidumo vario lydinio sluoksnį, o pagrindinė konstrukcija pagaminta iš didelio -stiprumo titano lydinio. Medžiagų sąsajos valdymo technologija leidžia sujungti medžiagas be siūlių. Tai ne tik patenkina funkcinius poreikius, bet ir sumažina bendras išlaidas.

2. Apdorojimo kaina: pakeisti iš „kelių-procesų bendradarbiavimo“ į „vieno-įrangos integravimą“
Gaminant formas senamadišku-būdu, reikia daug veiksmų, pvz., pjovimo, elektros iškrovos, vielos pjovimo ir poliravimo. Taip pat reikia daugiau nei dešimties mašinų, tokių kaip CNC apdirbimo centrai, elektros iškrovos mašinos ir šlifuokliai. Apdorojimo ciklai gali trukti savaites ar net mėnesius. Pavyzdžiui, norint sukurti vidinę aušinimo vandens kontūrą liejimo formoms-, reikia gręžti ir suvirinti. Kuriant sudėtingas vandens grandines, dažnai tenka išbandyti ir keisti skirtingas formas, o tai padidina apdorojimo išlaidas.

Metalo 3D spausdinimas sujungia visus proceso procesus į vieną įrenginį, todėl skaitmeninius modelius paversti tikromis formomis yra daug lengviau. Pavyzdžiui, norint pagaminti konformišką aušinimo vandens kelio formą, naudojant tradicinius metodus, reikėjo daug gręžti ir suvirinti, kad būtų gautas vandens kelio modelis. Naudodami 3D spausdinimą galite sukurti trijų-dimensijų vingiuojančias vandens kelių konstrukcijas vienu metu, neatlikdami daugiau darbo. Konkrečios įmonės atvejo tyrimas atskleidžia, kad naudojant 3D spausdintas konformines aušinimo formas, apdorojimo sąnaudos sumažinamos 40%, palyginti su standartiniais metodais, o dizaineriams suteikiama daugiau nei tris kartus laisvė kurti vandens kelius.

3. Gamybos ciklo kaina: pereinama nuo „ilgo ciklo bandymų ir klaidų“ prie „greito kartotinio patikrinimo“.
Tradicinėje formų gamyboje pelėsių atidarymo ciklas užsitęsia. Tai ypač aktualu tyrimų ir plėtros bandomosios gamybos stadijoje, kai dėl dizaino modifikacijų reikia atkurti formą, o tai kainuoja daug laiko ir pinigų. Pavyzdžiui, norint pagaminti automobilio salono formą, reikia 6–8 bandomojo formavimo raundų, kurių kiekvienas kainuoja apie 50 000 juanių ir užtrunka 3–6 mėnesius. Jei kyla problemų dėl dizaino, pradinės investicijos gali būti visiškai prarastos.

Metalinis 3D spausdinimas leidžia lengvai greitai pereiti „dizaino spausdinimo testo optimizavimo“ ciklą. Dizaineriai gali pakeisti formą ir perspausdinti ją per kelias valandas, todėl bandomasis formos ciklas sutrumpėja iki 1–2 savaičių. Tam tikra naujų energetinių transporto priemonių įmonė sutrumpino gaminio kūrimo laiką nuo 6 mėnesių iki 3 savaičių, spausdindama 3D baterijų dėžės formas. Jie taip pat patobulino aušinimo vandens kontūro dizainą per 5 iteracijos raundus, kurie sumažino liejimo įpurškimo ciklą 30% ir padidino gaminio kvalifikavimo rodiklį iki 99%. Ši koncepcija „greitas gedimas, greitas pataisymas“ labai sumažina gamybos ciklo išlaidas.

4. Kokybės sąnaudos: pereiti nuo „pasyvaus ištaisymo“ prie „aktyvios prevencijos“
Įprastą formų aušinimo sistemą lengva naudoti, tačiau ji gali sukelti problemų, tokių kaip netolygus aušinimas ir gaminio deformacija. Didelių įpurškimo formų gaminių gedimų dažnis tradicinėje formų gamyboje gali siekti 15%. Tačiau konformiška aušinimo vandens grandinė gali sumažinti defektų skaičių iki mažiau nei 5%. Tam tikra įmonė teigia, kad pradėjus naudoti 3D spausdintas konformalias aušinimo formas, vieno produkto kokybės sąnaudos (įskaitant laužo nuostolius, perdirbimo išlaidas ir kt.) sumažėjo nuo 8 juanių iki 2 juanių. Tai sutaupo daugiau nei 10 milijonų juanių per metus.

Be to, topologijos optimizavimo dizainas gali padaryti 3D spausdinimo formas lengvesnes, tuo pačiu užtikrinant jų tvirtumą. Pavyzdžiui, aviacinio variklio turbinos mentelių forma buvo pagaminta taip, kad būtų lengvesnė, sumažinant svorį 20 %, tačiau 15 % pailginant eksploatavimo laiką. Dėl šios „svorio metimo neprarandant kokybės“ ypatybės priežiūros išlaidos laikui bėgant dar mažesnės.

5. Ilgalaikė-nauda: pakeitimas iš „didelės vieneto kainos“ į „partijos paskirstymo pranašumus“
Pradinės metalinių 3D spausdinimo formų gamybos sąnaudos yra didesnės nei naudojant tradicinius metodus (pavyzdžiui, titano lydinio formų vienetas kainuoja 30–50 proc. daugiau), tačiau jų privalumai ypač svarbūs gaminant mažą-mastą ir{4}}įvairią gamybą. Pavyzdžiui, įmonė naudoja 3D spausdinimą, kad gamintų specialias kobalto chromo lydinio dantų vainikėlių formas. Tai sumažina kiekvienos detalės kainą 35%, palyginti su tradiciniais metodais, ir sutrumpina liejimo ciklą nuo 120 sekundžių iki 45 sekundžių dėl konforminės aušinimo konstrukcijos, o tai padidina metinį gamybos pajėgumą keturis kartus.

3D spausdintų formų sąnaudų pranašumas tampa aiškus laikui bėgant. Formos terminis nuovargis pailgėjo daugiau nei 30%, patobulinus vidinę aušinimo vandens grandinę ir struktūrą. Taip pat 20% sumažėjo kiekvieno liejimo formos kaina. Konkreti aviacijos bendrovė teigia, kad nors pradinės 3D spausdintų variklio cilindrų galvučių formų naudojimo sąnaudos yra 40 % didesnės, visos išlaidos per penkerius metus yra 18 % mažesnės nei naudojant tradicinius metodus, nes formos tarnauja ilgiau ir duoda geresnių rezultatų.

6. Industrializacijos nusileidimas: šuolis nuo „techniškai įmanomo“ prie „ekonomiškai įmanomo“
Metalinių 3D spausdinimo formų partijos vienodumas iš pradžių buvo pagrindinė problema, dėl kurios jos nebuvo naudojamos pramonėje. Pramonė pasiekė matmenų tikslumo kontrolę ± 10 μm, tenkindama aukščiausios klasės-gamybos poreikius. Tai tapo įmanoma pagerinus aparatinės įrangos stabilumą (pavyzdžiui, naudojant daugia-lazerinį spausdinimą ir uždarojo-ciklo energijos valdymą), optimizuojant procesus (pavyzdžiui, naudojant parametrų bibliotekas ir modeliavimą, internetinio stebėjimo grįžtamąjį ryšį) ir kuriant kokybiškas atsekamumo sistemas (pavyzdžiui, naudojant skaitmeninius dvynius ir viso proceso duomenų nuorodas).

Metalinės 3D spausdinimo formos dabar plačiai naudojamos tokiose srityse kaip aviacija, automobilių pramonė, medicina ir kt. Pavyzdžiui, regeneracinio aušinimo kanalo topologija pagerino „SpaceX“ raketos traukos kamerą, sutrumpindama spausdinimo ciklą nuo 6 mėnesių iki 3 savaičių ir leido be gedimų atlikti 500 terminio ciklo bandymų. COMAC C929 naudoja SLM technologiją, kad spausdintų titano lydinio sparnų laikiklius, kurių dydžio nuokrypis yra mažesnis nei ± 15 μm arba lygus 200 vienetų partijoje, sumažinant svorį 15 % ir išlaikant nuovargio testą.